(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210758915.3 (22)申请日 2022.06.29 (71)申请人 中国航发湖南动力机 械研究所 地址 412002 湖南省株洲市芦淞区董家塅 高科园中国航发动研所 (72)发明人 欧阳玉清 　张绍文　房兴龙　 刘冬华　单熠君　谭锋　 (74)专利代理 机构 长沙智嵘专利代理事务所 (普通合伙) 4321 1 专利代理师 黄海波 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06T 17/00(2006.01) F01D 5/14(2006.01)G06F 119/04(2020.01) (54)发明名称 一种涡桨发动机动力涡轮叶片及其设计方 法 (57)摘要 本申请提供了一种涡桨发动机动力涡轮叶 片及其设计方法， 所述方法包括步骤： 步骤1:根 据设计状态 点动力涡轮设计要求， 选择初始攻角 为零度， 开展初步涡轮叶片造型设计； 步骤2:根 据初步涡 轮叶片造型设计结果搭建计算模型， 开 展多状态计算分析， 获取典型状态 点叶片出口气 流角径向分布； 步骤3:根据典型状态点叶片出口 气流角径向分布， 优选进口攻角范围， 调整 叶片 几何造型参数开展叶片叶型优化设计； 步骤4:开 展基于优化叶片的涡轮特性计算， 获取不同状态 点的考核参数； 步骤5:评判考核参数， 根据评判 结果迭代调整叶片造型参数和计算涡 轮特性， 直 到叶片满足所有预设条件。 本申请可提高非设计 点涡轮效率， 降低全 包线范围内的整机耗油率。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115098966 A 2022.09.23 CN 115098966 A 1.一种涡桨发动机动力涡轮叶片设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1:根据设计状态点动力涡轮设计要求， 选择初始攻角为零度， 开展初步涡轮 叶片 造型设计； 步骤2:根据初步涡轮 叶片造型设计结果搭建计算模型， 开展多状态计算分析， 获取典 型状态点叶片出口气流角径向分布， 所述典型状态点包括高空巡航状态点、 起飞状态点； 步骤3:根据所述典型状态点叶片出口气流角径向分布， 优选进口攻角范围， 调整叶片 几何造型参数， 开展叶片叶型优化设计； 步骤4:开展基于优化叶片的涡轮特性计算， 获取不同状态点的考核参数， 所述考核参 数包括不同状态点的动力涡轮效率、 功率、 物理流 量； 步骤5:评判所述考核参数， 如果均满足设计要求， 则进行转子的强度、 振动及寿命计 算， 若强度、 振动及寿命计算结果满足要求， 则涡轮叶片设计完成； 如果动力涡轮效率、 功 率、 物理流量、 强度、 振动及寿命的计算结果有任意一项不满足要求， 则 返回步骤3， 重新调 整叶片造型参数， 进 行叶片叶型设计， 并重新进 行涡轮特性计算分析， 直到所述优化叶片满 足所有预设条件。 2.根据权利要求1所述的涡桨发动机动力涡轮叶片设计方法， 其特征在于， 步骤1中， 所 述设计状态点选 定为高空巡航状态点， 所述叶片攻角i由如下公式确定： i＝βk‑β； 其中， β 为叶片进口气流角； βk为叶片进口构造角。 3.根据权利要求1所述的涡桨发动机动力涡轮叶片设计方法， 其特征在于， 步骤1中， 开 展初步涡轮叶片造型设计时， 根据选定的初始攻角情况确定进口叶片角， 再通过优选包括 出口叶片角、 前尾缘半径、 稠度、 弦长、 尾缘堵塞度的几何参数， 构 造不同径向高度上的二 维 基础叶型， 将各个 基础叶型沿径向按一定的积叠规 律叠加形成三维的初步涡轮叶片造型。 4.根据权利要求1所述的涡桨发动机动力涡轮叶片设计方法， 其特征在于， 步骤3 中， 所 述叶片几何造型参数的调整， 通过增大叶片弦长、 叶高、 进 出口楔形角或调整叶片进口构 造 角 βk的方式来进行。 5.根据权利要求1所述的涡桨发动机动力涡轮叶片设计方法， 其特征在于， 设计状态点 的叶片进口构造角βk满足： βk＝βdes+ides， 所述ides为设计状态点攻角， 其取值介于3 °至5°之 间， βdes为设计状态点叶片进口气流角。 6.一种涡桨发动机动力涡轮叶片， 其特征在于， 所述涡桨发动机动力涡轮叶片包括叶 身、 叶冠、 上缘板、 下缘板和榫头， 叶身是通过一定规律将若干二维基础叶型沿径向按一定 规律积叠而成； 所述涡桨发动机动力涡轮叶片的三维实体由N个二维基础叶型沿半径方向 通过一定规律积叠而成， 其中， N为自然数， N≥3； 所述二维基础叶型包括前缘、 尾缘、 叶盆型 线及叶背型线， 通过选择不同的进、 出口构造角、 前缘楔角、 尾缘楔角、 尾缘弯折角， 前缘半 径、 尾缘半径、 稠度、 弦长、 尾缘堵塞度的几何参数组合设计而来； 每个二维基础叶型包括一个叶根截面基础叶型、 一个叶尖截面基础叶型及若干个叶中 截面基础叶型， 其中， 所述叶根截面基础叶型定义为距离下缘板上表面5％叶片高度处二 维 基础叶型； 所述叶尖截面基础叶型定义为距离下缘板上表面95％叶片高度处二维基础叶 型； 所述叶中截面基础叶型定义 为叶型高度介于叶根及叶尖 截面之间的二维基础叶型； 所述前缘的半径值r1介于0.55～0.9mm之间， 所述尾缘的半径rt,介于0.25～0.35mm之权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115098966 A 2间。 7.根据权利要求6所述的涡桨发动机动力涡轮叶片， 其特征在于， 所述二维基础叶型的 前缘楔形角取值介于 32～48°之间。 8.根据权利要求6所述的涡桨发动机动力涡轮叶片， 其特征在于， 所述二维基础叶型的 叶根截面基础叶型 型面面积与叶尖 截面基础叶型 型面面积之比介于1.8～ 2.5之间。 9.根据权利要求6所述的涡桨发动机动力涡轮叶片， 其特征在于， 所述二维基础叶型的 叶尖截面基础叶型弦长与叶根截面基础叶型弦长之比介于 0.8～1.0之间。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115098966 A 3